JP2018182868A - 回転電機及び回転電機システム - Google Patents

Abstract

【課題】高速動作範囲の拡大を図り、かつ適正に回転電機を駆動させる。
【解決手段】回転電機は、回転子２２と、周方向に設けられた複数のスロット３４に固定子巻線１１，１２が巻装されてなる固定子２３と、を備えている。固定子巻線１１，１２は、３相の相巻線を、２の累乗数であるｎ組有して構成されている。スロット３４は、同じ組かつ同じ相であって、通電の向きを同一とする相巻線が収容された単一スロット３４Ａと、異なる組かつ同じ相の相巻線が収容された混合スロット３４Ｂとを有する。固定子２３において周方向に所定間隔で単一スロット３４Ａ及び混合スロット３４Ｂがそれぞれ設けられており、３相の相巻線は相ごとの巻線間隔がそれぞれ等しくなっている。
【選択図】 図５

Description

本発明は、可変速駆動される回転電機、及びその回転電機を含む回転電機システムに関するものである。

従来、可変速駆動される回転電機として、極数切替型の回転電機が提案されている。例えば特許文献１に記載の極数切替型誘導機では、３相駆動用に分布巻にて巻回された固定子巻線が、２台の３相インバータに１極対おきに交互に接続された構成が用いられている。そして、２台のインバータにおいて電流位相差が同相、逆相で切り替えられることで、誘導機の極数が２：１で切り替えられるようになっている。

特開２０１５−２２６４２５号公報

しかしながら、上記従来の技術では、固定子巻線が１極対おきに交互に巻かれているため、減極動作時に３相の起磁力分布がアンバランスとなる。そのため、特定の相の電圧が高くなり、高速動作範囲が制限されるという不都合が生じる。また、トルクリップルが増加し、振動、騒音が悪化するという不都合が生じる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、高速動作範囲の拡大を図り、かつ適正に回転電機を駆動させることができる回転電機及び回転電機システムを提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について説明する。なお以下においては、理解の容易のため、発明の実施の形態において対応する構成の符号を括弧書き等で適宜示すが、この括弧書き等で示した具体的構成に限定されるものではない。

第１の手段では、回転電機において、
回転子（２２）と、
周方向に設けられた複数のスロット（３４）に固定子巻線（１１，１２）が巻装されてなる固定子（２３）と、
を備え、前記固定子巻線は、３相の相巻線を、２の累乗数であるｎ組有して構成されており、
前記スロットは、同じ組かつ同じ相であって、通電の向きを同一とする前記相巻線が収容された第１スロット（３４Ａ）と、異なる組かつ同じ相の前記相巻線が収容された第２スロット（３４Ｂ）とを有し、
前記固定子において周方向に所定間隔で前記第１スロット及び前記第２スロットがそれぞれ設けられており、
前記３相の相巻線は、相ごとの巻線間隔をそれぞれ等しくして前記固定子に巻装されている。

同じ組かつ同じ相であって、通電の向きを同一とする相巻線が収容された第１スロットでは、該当する相巻線の通電により起磁力が足し合わされる。また、異なる組かつ同じ相の相巻線が収容された第２スロットでは、該当する相巻線の通電の態様に応じて、異なる組の相巻線どうしで磁気力が足し合わされるか、又は起磁力が相殺される。この場合、各組で相巻線の通電方向が切り替えられることで、第２スロットにおいて起磁力が足し合わされる状態と起磁力が相殺される状態とが切り替えられ、ひいては回転電機の極数を切り替えることが可能となる。回転電機の極数の切り替えにより、回転電機の動作範囲を拡大できる。

本手段では特に、３相の相巻線は相ごとの巻線間隔がそれぞれ等しくなっているため、いずれの極数であっても、各相が発生する起磁力の間隔が等しくなる。そのため、起磁力の円周方向アンバランスに起因したトルクリップルを低減でき、振動や騒音の低減を図ることができる。また、同様の理由により相電圧のばらつきが抑えられるため、高速動作範囲を一層拡大することができる。

第２の手段では、前記固定子の周方向において、異なる組の前記第１スロットがｍスロット間隔で設けられ、異なる組どうしの前記第１スロットの間にｍ−１個の前記第２スロットが設けられている。

上記構成では、固定子の周方向において、ｍスロット間隔の第１スロットを基準にして各第１スロットの間にｍ−１個の第２スロットが配置されており、回転電機の各極数モードにおいて、起磁力が生じるスロット、すなわち２組の相巻線の通電方向が同じになるスロットを周方向に等間隔で配置する上で有利な構成を実現できる。これにより、いずれの極数モードにあっても、起磁力を円周方向にバランス良く生じさせることができる。

第３の手段では、前記第２スロットには、異なる組の相巻線が各組同数で収容されている。

上記構成によれば、いずれの極数でも、各相巻線において同じ電流振幅で動作させることが可能となる。この場合、電力変換部の各相の電圧・電流定格が同じでよいため、電力変換部の構成部品を共通化でき、コストを低減できる。

第４の手段では、前記固定子巻線は、前記ｎ組の相巻線として、２^（Ａ−１）組の相巻線を有するものであり、前記第２スロットには、互いに異なる複数の組み合わせで各２組の相巻線が収容されるスロットが含まれており、極数をＡ段階で切り替えることが可能となっている。

上記構成では、異なる組かつ同じ相の相巻線が収容される第２スロットについて、どの組の相巻線の通電を反転させるかによって、極数をＡ段階で切り替えることが可能となる。これにより、複数のトルク特性を好適に実現可能となる。

第５の手段では、前記ｎ組の相巻線は、第１組目〜第ｎ組目の相巻線よりなり、前記第２スロットには、相ごとに第１組目〜第ｎ組目の相巻線のうち２組ずつの各々異なる組み合わせであるｎ−１種類の相巻線が収容されたスロットが含まれている。

上記構成によれば、各第２スロットに収容される２組ずつの相巻線の組み合わせが、相ごとにｎ−１種類となっている。この場合、相ごとにｎ−１種類の組み合わせを有する各第２スロットを用い、その第２スロットに対して適宜の通電を行うことにより、極数比の切り替えを多段で実施する上で有利な構成を実現できる。

第６の手段では、回転電機システムにおいて、上記の回転電機と、前記回転電機における前記各相巻線の通電を制御する制御部（１５）と、を備え、前記制御部は、前記第２スロットに収容された前記異なる組の相巻線について通電方向を全て同じにして、前記各相巻線の通電を実施する第１通電制御部と、前記第２スロットに収容された前記異なる組の相巻線について各相巻線の通電方向を異ならせて、前記各相巻線の通電を実施する第２通電制御部と、前記第１通電制御部による前記各相巻線の通電と、前記第２通電制御部による前記各相巻線の通電とを切り替える切替部と、を備える。

上記のとおり通電制御が実施されることにより、第１スロット及び第２スロットにおいて各組の相巻線の起磁力が足し合わされる状態と、第１スロットのみにおいて各組の相巻線の起磁力が足し合わされる状態、すなわち第２スロットで起磁力が相殺される状態との切替が可能となる。これにより、回転電機に対する駆動要求等に応じて、極数を適正に切り替えることが可能となる。

第７の手段では、前記回転電機において、前記第２スロットには、互いに異なる複数の組み合わせで各２組の相巻線が収容されるスロットが含まれており、前記第２通電制御部は、前記各相巻線の通電に際し、全ての前記第２スロットのうち一部の第２スロットについて各相巻線の通電方向を異ならせる第１処理と、全ての第２スロットについて各相巻線の通電方向を異ならせる第２処理とを選択的に実施する。

上記構成によれば、各相巻線の通電に際し、全ての第２スロットのうち一部の第２スロットについて各相巻線の通電方向を異ならせる第１処理と、全ての第２スロットについて各相巻線の通電方向を異ならせる第２処理とが選択的に実施される。この場合、第１処理と第２処理とを実施することで、回転電機における極数を３段階以上で適正に切り替えることが可能となる。

第８の手段では、前記第１通電制御部は、前記回転電機の極数をＸ１として通電制御を実施し、前記第２通電制御部は、前記回転電機の極数を、Ｘ１の１／ＢであるＸ２として通電制御を実施する場合に、前記各相巻線に対する通電周波数を１／Ｂとする。

上記構成によれば、回転電機の極数を１／Ｂに減らす場合に、各相巻線に対する通電周波数を１／Ｂとするため、極数切替に伴い電力変化の電気角位相が変わっても、回転電機において所望の回転速度での運転を実施できる。

第９の手段では、前記ｎ組の相巻線には、相巻線ごとに電力変換部（６１〜６４，７１〜７８）が設けられており、前記制御部は、前記各電力変換部において電力変換を実施させることにより、前記回転電機における前記各相巻線の通電を制御する。

上記構成によれば、各組の相巻線が各々個別の電力変換部により並列駆動されるため、回転電機の駆動に際して冗長性を確保することができる。

以下には、本開示の回転電機とは異なる従来の回転電機を比較対象として、本開示の回転電機の効果を説明する。ここで、従来技術としては、特開２０１５−２２６４２５号公報に記載された極数切替型誘導機を想定している。すなわち、当該誘導機では、３相駆動用に分布巻にて巻回された固定子巻線が、２台の３相インバータに１極対おきに交互に接続された構成にあって、２台のインバータにおいて電流位相差が同相、逆相で切り替えられることで、誘導機の極数が２：１で切り替えられるようになっている。

図３６には、本開示の回転電機と従来の回転電機とについて起磁力分布の違いを示している。また、本開示の回転電機と従来の回転電機とについて、図３７には、トルク波形の比較結果を示し、図３８には、コイル鎖交磁束の比較結果を示し、図３９には、相電圧の比較結果を示し、図４０には、１インバータ駆動時及び２インバータ駆動時のトルク比較結果（冗長性検証結果）を示す。

従来の回転電機では、固定子巻線が１極対おきに交互に巻かれているため、極数を少なくした４極動作時において３相の起磁力分布がアンバランスとなる。そのため、図３７に示すように、トルクリップルが大きくなることや、図３８に示すように、コイル鎖交磁束の振幅が大きくなること、図３９に示すように、相電圧の振幅が大きくなることが考えられる。また、図４０に示すように、１インバータ駆動時におけるトルクリップルが大きくなる。

これに対し、本開示の回転電機では、４極動作時におけるトルクリップルの低減や、コイル鎖交磁束の振幅低減、相電圧の振幅低減等を実現できる。

回転電機システムの全体構成図。 車両の構成を示す図。 回転電機の構成を示す縦断面図。 回転子及び固定子の構成を示す横断面図。 回転子及び固定子の構成を示す横断面図。 固定子巻線の結線図。 固定子巻線の結線図。 固定子巻線の結線図。 導体セグメントを示す図。 ８極モードでの通電動作を示す図。 ４極モードでの通電動作を示す図。 ８極モード及び４極モードでのトルク特性を示す図。 回転電機の通電制御の手順を示すフローチャート。 第２実施形態において回転子及び固定子の構成を示す横断面図。 第２実施形態において固定子巻線の結線図。 第２実施形態において８極モードでの通電動作を示す図。 第２実施形態において４極モードでの通電動作を示す図。 短節巻の構成を示す図。 長節巻の構成を示す図。 第３実施形態において１６極モードでの通電動作を示す図。 第３実施形態において４極モードでの通電動作を示す図。 第４実施形態において回転子及び固定子の構成を示す横断面図。 第４実施形態において８極モードでの通電動作を示す図。 第４実施形態において４極モードでの通電動作を示す図。 第５実施形態において４つのインバータを備える回転電機システムを示す図。 １６極モードでの通電パターンを示す図。 ４極モードでの通電パターンを示す図。 ２極モードでの通電パターンを示す図。 第６実施形態において８つのインバータを備える回転電機システムを示す図。 １６極モードでの通電パターンを示す図。 ８極モードでの通電パターンを示す図。 ４極モードでの通電パターンを示す図。 ２極モードでの通電パターンを示す図。 別の形態において回転電機システムの全体構成図。 別の形態における回転電機を示す図。 本開示と従来技術とについて起磁力分布を示す図。 本開示と従来技術とについてトルク波形を示す図。 本開示と従来技術とについてコイル鎖交磁束を示す図。 本開示と従来技術とについて各相の電圧を示す図。 本開示と従来技術とについてインバータ駆動時のトルクを示す図。

以下、実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態における回転電機は、例えば車両動力源として用いられるものとなっている。ただし、回転電機は、産業用、車両用、家電用、ＯＡ機器用、遊技機用などとして広く用いられることが可能となっている。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一又は均等である部分には、図中、同一符号を付しており、同一符号の部分についてはその説明を援用する。

（第１実施形態）
図１に示すように、回転電機システムは、多相多重巻線を有する回転電機１０と、その回転電機１０の各固定子巻線１１，１２に接続されたインバータ１３，１４と、各インバータ１３，１４の通電状態を制御する制御部１５と、各インバータ１３，１４との間で電力の授受を行う電源部１６とを有している。回転電機１０は、例えば３相２重巻線式の誘導機である。本実施形態において、回転電機１０は、発電機能及び力行機能を備えるモータジェネレータであり、発電機及び電動機の機能を統合したＩＳＧ（Integrated Starter Generator）として構成されている。固定子巻線１１は、Ｕ１相、Ｖ１相、Ｗ１相の各相巻線よりなり、固定子巻線１２は、Ｕ２相、Ｖ２相、Ｗ２相の各相巻線よりなる。

インバータ１３，１４は、周知のとおり複数のスイッチング素子を有する電力変換回路であり、該スイッチング素子のスイッチングにより各固定子巻線１１、１２の通電が行われる。インバータ１３により、固定子巻線１１におけるＵ１相、Ｖ１相、Ｗ１相の通電が行われ、インバータ１４により、固定子巻線１２におけるＵ２相、Ｖ２相、Ｗ２相の通電が行われる。

制御部１５は、マイコンを主体として各種制御を実施する電子制御装置である。制御部１５は、回転電機１０の制御量（例えばトルクや回転速度）を、車両運転状態や電源部１６の蓄電状態等に基づく指令値に制御すべく、各インバータ１３，１４を操作する。詳しくは、制御部１５は、インバータ１３，１４を構成する各スイッチング素子を操作すべく、回転電機１０の各相の電流を検出する電流センサ１７や、回転電機１０の回転角を検出する回転角センサ１８（例えばレゾルバ）等の検出値を取り込む。そして、制御部１５は、上記各種センサの検出値等に基づく周知の正弦波ＰＷＭ制御等によってスイッチング素子ごとにハイロー２値の操作信号を生成し、その操作信号をインバータ１３，１４に出力することで、各スイッチング素子のオンオフを操作する。こうしたスイッチング素子の操作により、回転電機１０の固定子巻線１１，１２に流れる電流が所定の電流指令値に制御される。

図２に、本システムが搭載される車両１００の構成を示す。車両１００は、例えば回転電機１０を走行動力源とする電気自動車、又は走行動力源として回転電機１０と不図示のエンジンとを有するハイブリッド自動車である。車両１００において、回転電機１０は、車両走行の動力源として動力伝達機構１０１に設けられている。回転電機１０にて発生する動力によりドライブシャフト１０２と共に車輪１０３が回転する。例えば電源部１６からの直流電力がインバータ１３，１４にて交流電力に変換され、その交流電力が回転電機１０に供給されることで車両１００が走行する。

次に、回転電機１０の構成を図３及び図４を用いて説明する。なお、図４では説明の便宜上、固定子巻線１１，１２の図示を省略している。

回転電機１０は、回転軸２１に固定された回転子２２と、回転子２２を包囲する位置に設けられた固定子２３と、これら回転子２２及び固定子２３を収容するハウジング２４とを備えている。回転子２２及び固定子２３は同軸に配置されている。ハウジング２４には軸受け２５，２６が設けられ、この軸受け２５，２６により回転軸２１及び回転子２２が回転自在に支持されている。

回転子２２は回転子コア３１を有し、その回転子コア３１の外周部（すなわち固定子２３の内周部に対して径方向に対向する側）には、周方向に複数の導体３２が設けられている。回転子コア３１は、複数の電磁鋼板を軸方向に積層し、カシメ等により固定することで構成されている。回転子２２は誘導型ロータとして構成されている。

固定子２３は、周方向に複数のスロット３４を有する円環状の固定子コア３５を備えており、各スロット３４に分布巻で３相２組の固定子巻線１１，１２が巻装されている。つまり、固定子巻線１１，１２は、共通の固定子２３に対して巻装されている。図１に示すように、固定子巻線１１は、電気角で１２０°ずつずれたＵ１相、Ｖ１相、Ｗ１相の各相巻線を有し、これら各相巻線が中性点Ｎ１で接続されている。また、固定子巻線１２は、電気角で１２０°ずつずれたＵ２相、Ｖ２相、Ｗ２相の各相巻線を有し、これら各相巻線が中性点Ｎ２で接続されている。

固定子コア３５は、円環状の複数の電磁鋼板を軸方向に積層し、カシメ等により固定することで構成されている。固定子コア３５は、円環状のヨーク３６と、ヨーク３６から径方向内側へ突出し周方向に所定距離を隔てて配列された複数のティース３７とを有し、隣り合うティース３７の間にスロット３４が形成されている。各ティース３７は、周方向に等間隔でそれぞれ設けられている。各スロット３４は、固定子コア３５の径方向を長手として延びる開口形状をなしている。本実施形態では、コア周方向に等間隔で２４個のスロット３４が形成されており、各スロット３４には＃１〜＃２４のスロット番号が付されている。

各スロット３４には、内外２重で固定子巻線１１，１２が巻装されるようになっており、図５には、各スロット３４に固定子巻線１１，１２が巻装された状態が示されている。なお、スロット３４内において各巻線を囲む部分は絶縁材である。図５では、２組の固定子巻線１１，１２のうち一方の固定子巻線１１を、他方の固定子巻線１２よりも濃い網掛けで示している。回転電機１０は、３相の相巻線を、２の累乗数であるｎ組有して構成されるものであり、本実施形態では、ｎ＝２であり、２組の相巻線を有するものとなっている。

本実施形態の回転電機１０は、固定子コア３５のスロット３４として、同じ組かつ同じ相であって、通電の向きを同一とする相巻線が収容された単一スロット３４Ａと、異なる組かつ同じ相の相巻線が収容された混合スロット３４Ｂとを有し、固定子コア３５において周方向に所定間隔で単一スロット３４Ａ及び混合スロット３４Ｂがそれぞれ設けられている。なお、単一スロット３４Ａが「第１スロット」に相当し、混合スロット３４Ｂが「第２スロット」に相当する。その詳細を以下に説明する。

図６には、各固定子巻線１１，１２について＃１〜＃２４の各スロット３４への巻装状態が示されている。図６において、例えば＃１スロットでは、外側にＵ１相巻線、内側にＵ１相巻線が巻装され、これら内外の各巻線に互いに同じ向きで通電が行われるようになっている。また、＃２スロットでは、外側にＷ１相巻線、内側にＷ２相巻線が巻装されている。この場合、＃１スロットには、同じ組かつ同じ相であって、通電の向きを同一とする相巻線が収容されており、＃１スロットは単一スロット３４Ａである。また、＃２スロットには、異なる組かつ同じ相の相巻線が収容されており、＃２スロットは混合スロット３４Ｂである。

同様にして、＃３，＃５，＃７等の各スロット（奇数番号スロット）は単一スロット３４Ａであり、＃４，＃６，＃８等の各スロット（偶数番号スロット）は混合スロット３４Ｂである。本実施形態では、固定子コア３５において単一スロット３４Ａと混合スロット３４Ｂとが交互に配置されている。要するに、単一スロット３４Ａは、相ごとに周方向に所定間隔で設けられ、隣り合う単一スロット３４Ａの間に混合スロット３４Ｂが設けられている。

ここで、固定子巻線１１，１２は、複数の導体セグメントを連結することで構成されている。具体的には、図９に示すように、導体セグメント４０は、基本構成として、一対の直線部４１と、一対の直線部４１の一端どうしを連結するターン部４２とを有する略Ｕ字状をなしている。そして、その導体セグメント４０を所定スロット数の間隔でスロット３４に挿入した状態で、直線部４１においてターン部４２とは反対側をコア周方向に折り曲げ、異なる導体セグメント４０どうしの直線部４１を互いに接合することにより、一連の固定子巻線１１，１２が構成されるようになっている。各スロット３４には、導体セグメント４０の直線部４１からなる導体が２つずつ収容されている。

図３に示すように、固定子２３において軸方向一端側には、導体セグメント４０のターン部４２により第１コイルエンド５１が形成され、他端側には、導体セグメント４０の直線部４１どうしの接合により第２コイルエンド５２が形成されるようになっている。

図７には、説明のため、図６の結線図において固定子巻線１１のＵ１相巻線と固定子巻線１２のＵ２相巻線だけ（つまり、異なる組かつ同じ相の相巻線）を抽出して示している。図７において、実線がＵ１相巻線であり、破線がＵ２相巻線である。Ｕ１相巻線及びＵ２相巻線を構成する各導体セグメント４０は、３スロット間隔で固定子コア３５に挿入され、第２コイルエンド５２では、９スロット間隔で２つの導体セグメント４０どうしが接続されている。この場合、各固定子巻線１１，１２では、第２コイルエンド５２でのスロット間隔が、第１コイルエンド５１でのスロット間隔（３スロット間隔）に対して、相数である３倍のスロット間隔（９スロット間隔）となっている。

また、図８には、説明のため、図６の結線図において固定子巻線１１，１２のうち固定子巻線１１だけを抽出して示している。図８において、実線がＵ１相巻線であり、破線がV１相巻線であり、一点鎖線がW１相巻線である。固定子巻線１１においてＵ１相、Ｖ１相、Ｗ１相の各相巻線は、コア周方向の１周分を３等分して均等に固定子コア３５に巻装されている。つまり、通電順序が隣り合う各相の相巻線が、周方向に一定のスロット間隔（８スロット間隔）で固定子コア３５に巻装されている。各相の相巻線は、各相において周方向に８スロット間隔分ずれた状態で、いずれも同様の巻線パターンとなっている。この各相の相巻線の巻線パターンのずれは、通電順序における所定の電気角（１２０ｄｅｇ）のずれとなっている。固定子巻線１１においては、Ｕ１−Ｖ１間、Ｖ１−Ｗ１間、Ｗ１−Ｕ１間の周方向巻線間隔が等しく、固定子巻線１２においては、Ｕ２−Ｖ２間、Ｖ２−Ｗ２間、Ｗ２−Ｕ２間の周方向巻線間隔が等しいものとなっている。

次に、制御部１５による各固定子巻線１１，１２の通電制御について説明する。本実施形態では、混合スロット３４Ｂ内の各相巻線（異なる組かつ同じ相の相巻線）について通電による極性を反転させることにより、回転電機１０の極数切り替えを実施する構成としている。つまり、制御部１５は、混合スロット３４Ｂ内の２組の相巻線（導体）について通電方向を全て同じにして、各相巻線の通電を実施する第１通電制御と、混合スロット３４Ｂ内の２組の相巻線のうち一方の相巻線の通電方向を反転させて、各相巻線の通電を実施する第２通電制御とを実施するとともに、第１通電制御による各相巻線の通電と、第２通電制御による各相巻線の通電との切り替えを適宜実施する。

本実施形態では、回転電機１０の極数を８とする８極モードと、極数を４とする４極モードとの切り替えを可能としている。８極モードで回転電機１０を作動させる場合、制御部１５は、次の数式１で表される電流を各相巻線に通電させる。なお、Ａは電流振幅、ωは８極時の電気角周波数（ｒａｄ／ｓｅｃ）、αは電流位相である。
（数式１）
IU1＝A・sin（ωt＋α11）
IV1＝A・sin（ωt＋α11−2π／3）
IW1＝A・sin（ωt＋α11＋2π／3）
IU2＝A・sin（ωt＋α11）
IV2＝A・sin（ωt＋α11−2π／3）
IW2＝A・sin（ωt＋α11＋2π／3）
また、４極モードで回転電機１０を作動させる場合、制御部１５は、次の数式２で表される電流を各相巻線に通電させる。
（数式２）
IU1＝A・sin（ωt／2＋α12）
IV1＝A・sin（ωt／2＋α12＋2π／3）
IW1＝A・sin（ωt／2＋α12−2π／3）
IU2＝−A・sin（ωt／2＋α12）
IV2＝−A・sin（ωt／2＋α12＋2π／3）
IW2＝−A・sin（ωt／2＋α12−2π／3）
図１０及び図１１は、各スロット３４における各相巻線の通電状況と、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相における起磁力波形とを示す図である。図１０は８極モードでの起磁力波形を示し、図１１は４極モードでの起磁力波形を示す。図１０，図１１では、スロット３４の並びを半周分展開して示している。なお、各相におけるアンダーバーの有無は通電方向の違いを示している。

図１０では、例えばＵ相において、＃１，＃４，＃７，＃１０でスロット３４内の２組の相巻線に同じ方向に電流が流れ、それら各スロットでの電流の向きに応じて＃１，＃４，＃７，＃１０において起磁力の向きが反転する。このとき、混合スロット３４Ｂである＃４，＃１０スロットでは、Ｕ１相及びＵ２相の通電方向が同じになっている。そのため、単一スロット３４Ａ（＃１，＃７）、及び混合スロット３４Ｂ（＃４，＃１０）においてそれぞれＵ相磁極が反転する。

Ｖ相及びＷ相においても同様である。Ｖ相においては、単一スロット３４Ａ（＃３，＃９）、及び混合スロット３４Ｂ（＃６，＃１２）においてそれぞれＶ相磁極が反転する。また、Ｗ相においては、単一スロット３４Ａ（＃５，＃１１）、及び混合スロット３４Ｂ（＃２，＃８）においてそれぞれＷ相磁極が反転する。

上記図１０に示す通電により、固定子２３の起磁力分布は全節巻の８極となり、回転電機１０は８極モードで動作する。

また、図１１では、例えばＵ相において、＃１，＃４，＃７，＃１０のうち単一スロット３４Ａである＃１，＃７で２組の相巻線に同じ方向に電流が流れ、混合スロット３４Ｂである＃４，＃１０で２組の相巻線に異なる方向に電流が流れる。このとき、混合スロット３４Ｂである＃４，＃１０スロットでは、Ｕ１相及びＵ２相の通電方向が異なるため、２組の相巻線の通電に伴い生じる起磁力が相殺される。そのため、単一スロット３４Ａ（＃１，＃７）でのみＵ相磁極が反転する。

Ｖ相及びＷ相においても同様である。Ｖ相においては、単一スロット３４Ａ（＃３，＃９）でのみＶ相磁極が反転する。また、Ｗ相においては、単一スロット３４Ａ（＃５，＃１１）でのみＷ相磁極が反転する。

上記図１１に示す通電により、固定子２３の起磁力分布は４極となり、回転電機１０は４極モードで動作する。

混合スロット３４Ｂにおいては、上記の数式１，２で示すとおり、固定子巻線１２における各相の相電流の位相を正逆反転させることで、２組の相巻線に流れる電流の向きを互いに逆にしている。

また、上記数式２では、上記数式１と比べて、各相巻線に対する通電周波数が１／２となっている。これにより、８極から４極への極数切替に伴い電力変化の電気角位相が変わっても、回転電機１０において所望の回転速度での運転を実施できる。

制御部１５は、８極モード及び４極モードでのトルク特性を加味して、回転電機１０の極数切り替えを実施する。この場合、図１２に示すように、低回転域では、８極と４極とのうち８極の方がトルクが大きく、高回転域では、４極の方がトルクが大きい。このトルク特性に基づいて、制御部１５は、例えば回転速度Ｎｘ未満の領域では８極通電制御を実施し、回転速度Ｎｘ以上の領域では４極通電制御を実施する。

車両走行状態を併せ考慮すると、制御部１５は、車両駆動要求に応じて回転電機１０の極数切り替えを実施する。例えば、低速・発進時には８極モード（多極モード）として高トルクを出力し、高速走行時には４極モード（少極モード）として高回転動作を行うようにするとよい。

図１３は、回転電機１０の通電制御の手順を示すフローチャートであり、本処理は制御部１５により所定周期で実施される。

図１３において、ステップＳ１１では、８極モードの実施時であるか否かを判定する。このとき、例えば車両１００の低速走行時又は発進時であれば、ステップＳ１１を肯定してステップＳ１２に進む。ステップＳ１２では、上記の数式１により各相の相電流を制御することで、回転電機１０を８極モードで作動させる。このとき、混合スロット３４Ｂ内の２組の相巻線がいずれも同じ方向に通電される。

また、ステップＳ１３では、４極モードの実施時であるか否かを判定する。このとき、例えば車両１００の高速走行時であれば、ステップＳ１３を肯定してステップＳ１４に進む。ステップＳ１４では、上記の数式２により各相の相電流を制御することで、回転電機１０を４極モードで作動させる。このとき、混合スロット３４Ｂ内の２組の相巻線が互いに異なる方向に通電される。なお、ステップＳ１１，Ｓ１３が「切替部」に相当し、ステップＳ１２が「第１通電制御部」に相当し、ステップＳ１４が「第２通電制御部」に相当する。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の優れた効果が得られる。

固定子コア３５のスロット３４として、単一スロット３４Ａと混合スロット３４Ｂとを設け、その混合スロット３４Ｂに収容される各組の相巻線について通電方向を切り替えることにより回転電機１０の極数を切り替えるようにした。この場合、極数の切り替えにより、回転電機１０の動作範囲を拡大できる。

３相の相巻線を、相ごとの巻線間隔をそれぞれ等しくして固定子コア３５に巻装したため、いずれの極数モードであっても、各相が発生する起磁力の間隔が等しくなる。そのため、起磁力の円周方向アンバランスに起因したトルクリップルを低減でき、振動や騒音の低減を図ることができる。また、同様の理由により相電圧のばらつきが抑えられるため、高速動作範囲を一層拡大することができる。

本実施形態では、固定子コア３５の周方向において、単一スロット３４Ａと混合スロット３４Ｂとを１つずつ交互に配置した。つまり、コア周方向において、互いに異なる組の単一スロット３４Ａが２スロット間隔で設けられ、その異なる組どうしの単一スロット３４Ａの間に１個の混合スロット３４Ｂが設けられている。この場合、回転電機１０においていずれの極数モード（８極モード、４極モード）にあっても、起磁力が生じるスロット、すなわち２組の相巻線の通電方向が同じになるスロットがコア周方向に等間隔で配置される。これにより、いずれの極数モードにあっても、起磁力を円周方向にバランス良く生じさせることができる。

混合スロット３４Ｂに、異なる組の相巻線を各組同数（本実施形態では１つずつ）で収容したため、いずれの極数でも、各相巻線において同じ電流振幅で動作させることが可能となる。この場合、インバータ１３，１４の各相の電圧・電流定格が同じでよいため、インバータ１３，１４の構成部品を共通化でき、コストを低減できる。

混合スロット３４Ｂに収容された異なる組の相巻線について通電方向を全て同じにして、各相巻線の通電を実施する第１通電制御と、混合スロット３４Ｂに収容された異なる組の相巻線について各相巻線の通電方向を異ならせて、各相巻線の通電を実施する第２通電制御とを実施するとともに、それら各通電制御による各相巻線の通電を適宜切り替える構成とした。これにより、単一スロット３４Ａ及び混合スロット３４Ｂにおいて各組の相巻線の起磁力が足し合わされる状態と、単一スロット３４Ａのみにおいて各組の相巻線の起磁力が足し合わされる状態、すなわち混合スロット３４Ｂで起磁力が相殺される状態との切替が可能となる。これにより、回転電機１０に対する駆動要求等に応じて、極数を適正に切り替えることが可能となる。

低回転域では８極モードで回転電機１０を駆動させ、高回転域では４極モードで回転電機１０を駆動させる構成とした。そのため、自動車駆動用の回転電機１０として用いられる場合において、低速高トルクと高速動作との両立が求められる場合に適正な駆動を実現することができる。

回転電機１０の極数を、８極から４極に切り替える場合（１／２にする場合）に、各相巻線に対する通電周波数を１／２とする構成とした。これにより、極数切替に伴い電力変化の電気角位相が変わっても、回転電機１０において所望の回転速度での運転を実施できる。

車両１００において、モータ電流制御により回転電機１０の極数を切り替えるようにしたため、電池容量を増やすことなく回転電機１０の動作範囲を拡大でき、システムの小型・軽量化、低コスト化を図ることができる。また、モータ力行領域及び回生領域の拡大によって燃費を向上することができる。

回転電機１０を誘導機とした構成においては、固定子２３の極数に準じて回転子２２の極数が切り替えられる。この場合、かご型ロータなど構造が単純で堅牢な既存のロータそのまま使用できるため、メンテナンスが容易であり、高い信頼性を確保できる。また安価であり、コストを抑えられる。

以下に、別の実施形態を説明する。便宜上、以下には第１実施形態との相違点を中心に説明する。

（第２実施形態）
回転電機１０においてスロット数を変更してもよく、例えばスロット数を２倍にする。図１４では、固定子コア３５において、コア周方向に等間隔で４８個のスロット３４が形成されており、各スロット３４には＃１〜＃４８のスロット番号が付されている。各スロット３４には、内外２重で固定子巻線１１，１２が巻装されるようになっている。図１４では、２組の固定子巻線１１，１２のうち一方の固定子巻線１１を、他方の固定子巻線１２よりも濃い網掛けで示している。

上述の構成と同様に、固定子コア３５には、同じ組かつ同じ相であって、通電の向きを同一とする相巻線が収容される単一スロット３４Ａと、異なる組かつ同じ相の相巻線が収容される混合スロット３４Ｂとが設けられ、コア周方向に所定間隔で単一スロット３４Ａ及び混合スロット３４Ｂがそれぞれ設けられている。図１４では、単一スロット３４Ａと混合スロット３４Ｂとが２つずつ交互に設けられている。例えば＃１，＃２スロットが単一スロット３４Ａ、＃３，＃４スロットが混合スロット３４Ｂである。本構成においても、混合スロット３４Ｂ内の各相巻線（異なる組かつ同じ相の相巻線）について通電による極性を反転させることにより、回転電機１０の極数切り替えが実施される。

図１５には、各固定子巻線１１，１２について＃１〜＃４８の各スロット３４への巻装状態が示されている。また、図１６及び図１７には、各スロット３４における各相巻線の通電状況と、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相における起磁力波形とが示されている。図１６には８極モードでの起磁力波形を示し、図１７には４極モードでの起磁力波形を示す。図１６，図１７では、スロット３４の並びを半周分展開して示している。

図１５において、固定子巻線１１のＵ１相、Ｖ１相、Ｗ１相の各相巻線と、固定子巻線１２のＵ２相、Ｖ２相、Ｗ２相の各相巻線は、それぞれコア周方向の１周分を３等分して均等に固定子コア３５に巻装されている。つまり、通電順序が隣り合う各相の相巻線が、周方向に一定のスロット間隔（１６スロット間隔）で固定子コア３５に巻装されている。各相の相巻線は、各相において周方向に１６スロット間隔分ずれた状態で、いずれも同様の巻線パターンとなっている。

図１６に示す８極モードでは、例えばＵ相において混合スロット３４Ｂである＃７，＃８スロット及び＃１９，＃２０スロットにおいて、Ｕ１相及びＵ２相の通電方向がそれぞれ同じになっている。そのため、２スロットずつを１まとめとする各単一スロット３４Ａ（＃１及び＃２、＃１３及び＃１４）及び各混合スロット３４Ｂ（＃７及び＃８、＃１９及び＃２０）においてそれぞれＵ相磁極が反転する。Ｖ相及びＷ相においても同様である。上記図１６に示す通電により、固定子２３の起磁力分布は全節巻の８極となり、回転電機１０は８極モードで動作する。

また、図１７に示す４極モードでは、例えばＵ相において混合スロット３４Ｂである＃７，＃８スロット及び＃１９，＃２０スロットにおいて、Ｕ１相及びＵ２相の通電方向が異なるため、２組の相巻線の通電に伴い生じる起磁力が相殺される。そのため、単一スロット３４Ａ（＃１及び＃２、＃１３及び＃１４）でのみＵ相磁極が反転する。Ｖ相及びＷ相においても同様である。上記図１７に示す通電により、固定子２３の起磁力分布は４極となり、回転電機１０は４極モードで動作する。

上記構成の回転電機１０では、第１実施形態と同様に、固定子コア３５の単一スロット３４Ａ及び混合スロット３４Ｂのうち混合スロット３４Ｂに収容される各組の相巻線について通電方向を切り替えることにより回転電機１０の極数を切り替えるようにした。この場合、極数の切り替えにより、回転電機１０の動作範囲を拡大できる。また、３相の相巻線を、相ごとの巻線間隔をそれぞれ等しくして固定子コア３５に巻装したため、各相が発生する起磁力の間隔が等しくなり、トルクリップルの低減や高速動作範囲の拡大を図ることができる。

本実施形態では、固定子コア３５の周方向において、単一スロット３４Ａと混合スロット３４Ｂとを２つずつ交互に配置した。つまり、コア周方向において、異なる組の単一スロット３４Ａが３スロット間隔で設けられ、その異なる組どうしの単一スロット３４Ａの間に２個の混合スロット３４Ｂが設けられている。この場合、回転電機１０においていずれの極数モード（８極モード、４極モード）にあっても、起磁力が生じるスロット、すなわち２組の相巻線の通電方向が同じになるスロットがコア周方向に等間隔で配置される。これにより、いずれの極数モードにあっても、起磁力を円周方向にバランス良く生じさせることができる。

固定子巻線１１，１２を短節巻にしてもよい。具体的な構成を図１８に示す。図１８において（ａ）は８極モードで通電される場合の通電状態を示し、（ｂ）は４極モードで通電される場合の通電状態を示している。図１８では、図１６及び図１７と比べて、各スロットにおける通電パターンは同じであり、違いは、スロット３４の内径側の相巻線を１スロット分ずらすことで短節巻としていることである。

固定子巻線１１，１２を長節巻にしてもよい。具体的な構成を図１９に示す。図１９において（ａ）は８極モードで通電される場合の通電状態を示し、（ｂ）は４極モードで通電される場合の通電状態を示している。図１９では、図１６及び図１７と比べて、各スロットにおける通電パターンは同じであり、違いは、スロット３４の内径側の相巻線を１スロット分ずらすことで長節巻としていることである。

（第３実施形態）
第３実施形態では、回転電機１０において、１６極から４極への切替を可能とする構成としている。この場合、極数が４：１の極数比で切り替えられる。図２０及び図２１には、各スロット３４における各相巻線の通電状況と、Ｕ相＋Ｖ相＋Ｗ相の起磁力波形とが示されている。図２０には１６極モードでの起磁力波形を示し、図２１には４極モードでの起磁力波形を示す。図２０，図２１では、スロット３４の並びを半周分展開して示している。

本構成では、図２０に示すように、４スロット間隔で異なる組の単一スロット３４Ａが設けられ、各単一スロット３４Ａの間に、３つずつ混合スロット３４Ｂが設けられている。この場合、図２０に示す１６極モードでは、各混合スロット３４Ｂにおいて、２組の相巻線の通電方向がいずれも同じになっている。そのため、単一スロット３４Ａ及び混合スロット３４Ｂにおいてそれぞれ磁極が反転する。図２０に示す通電により、固定子２３の起磁力分布は全節巻の１６極となり、回転電機１０は１６極モードで動作する。

また、図２１に示す４極モードでは、各混合スロット３４Ｂにおいて、２組の相巻線の通電方向が異なるため、２組の相巻線の通電に伴い生じる起磁力が相殺される。そのため、単一スロット３４Ａでのみ磁極が反転する。図２１に示す通電により、固定子２３の起磁力分布は４極となり、回転電機１０は４極モードで動作する。

制御部１５は、１６極モードで回転電機１０を作動させる場合、次の数式３で表される電流を各相巻線に通電させ、４極モードで回転電機１０を作動させる場合、次の数式４で表される電流を各相巻線に通電させる。なお、数式４は、上述の数式２と同じである。
（数式３）
IU1＝A・sin（2ωt＋α11）
IV1＝A・sin（2ωt＋α11−2π／3）
IW1＝A・sin（2ωt＋α11＋2π／3）
IU2＝A・sin（2ωt＋α11）
IV2＝A・sin（2ωt＋α11−2π／3）
IW2＝A・sin（2ωt＋α11＋2π／3）
（数式４）
IU1＝A・sin（ωt／2＋α12）
IV1＝A・sin（ωt／2＋α12＋2π／3）
IW1＝A・sin（ωt／2＋α12−2π／3）
IU2＝−A・sin（ωt／2＋α12）
IV2＝−A・sin（ωt／2＋α12＋2π／3）
IW2＝−A・sin（ωt／2＋α12−2π／3）
なお、数式３では電気角周波数ωを２倍にし、数式４では電気角周波数ωを１／２倍にしているが、これに代えて、数式３では電気角周波数ωを等倍にし、数式４では電気角周波数ωを１／４倍にしてもよい。要は、４極モードでは、１６極モードと比べて、電気角周波数ωを１／４にすればよい。ただし、電気角周波数ωを１／２にすることも可能である。

（第４実施形態）
第４実施形態では、混合スロット３４Ｂに、異なる組の相巻線を各組２つずつ収容する構成としている。

図２２では、固定子コア３５において、コア周方向において等間隔で２４個のスロット３４が形成されており、各スロット３４には＃１〜＃２４のスロット番号が付されている。各スロット３４には、内外４重で固定子巻線１１，１２が巻装されるようになっている。図２２では、２組の固定子巻線１１，１２のうち一方の固定子巻線１１を、他方の固定子巻線１２よりも濃い網掛けで示している。

上述の構成と同様に、固定子コア３５には、同じ組かつ同じ相であって、通電の向きを同一とする相巻線が収容される単一スロット３４Ａと、異なる組かつ同じ相の相巻線が収容される混合スロット３４Ｂとが設けられ、コア周方向に所定間隔で単一スロット３４Ａ及び混合スロット３４Ｂがそれぞれ設けられている。本構成では特に、単一スロット３４Ａには、同じ組かつ同じ相の相巻線（導体）が４つ収容され、混合スロット３４Ｂには、異なる組かつ同じ相の相巻線（導体）が２つずつ収容されている。単一スロット３４Ａと混合スロット３４Ｂとは１つずつ交互に設けられている。本構成においても、混合スロット３４Ｂ内の各相巻線（異なる組かつ同じ相の相巻線）について通電による極性を反転させることにより、回転電機１０の極数切り替えが実施される。なお、各スロット３４に収容する相巻線（導体）の数は偶数であれば任意でよく、例えば６つ又は８つの相巻線を収容する構成であってもよい。

図２３及び図２４には、各スロット３４における各相巻線の通電状況と、Ｕ相＋Ｖ相＋Ｗ相の起磁力波形とが示されている。図２３には８極モードでの起磁力波形を示し、図２４には４極モードでの起磁力波形を示す。図２３，図２４では、スロット３４の並びを半周分展開して示している。

図２３では、混合スロット３４Ｂにおいて、各組の相巻線の通電方向がいずれも同じになっている。そのため、単一スロット３４Ａ及び混合スロット３４Ｂにおいてそれぞれ磁極が反転する。図２３に示す通電により、固定子２３の起磁力分布は全節巻の８極となり、回転電機１０は８極モードで動作する。

また、図２４では、各混合スロット３４Ｂにおいて、各組の相巻線の通電方向が異なるため、２組の相巻線の通電に伴い生じる起磁力が相殺される。そのため、単一スロット３４Ａでのみ磁極が反転する。図２４に示す通電により、固定子２３の起磁力分布は４極となり、回転電機１０は４極モードで動作する。

（第５実施形態）
本実施形態では、回転電機１０において固定子コア３５に４組の固定子巻線（相巻線）が巻装されている。そして、図２５に示すように、４組の固定子巻線にそれぞれ対応させるようにして４つのインバータ６１〜６４が設けられている。各インバータ６１〜６４がそれぞれ「電力変換部」に相当する。なお、各インバータ６１〜６４が１つの電力変換装置として構成されていてもよい。本実施形態では、４組の固定子巻線について各々３相の相巻線の電流を制御し、その通電制御により極数を３段階で切り替える構成としている。２^（Ａ−１）組の相巻線を有し、極数をＡ段階で切り替えることを可能とするとした構成に対応させると、Ａ＝３である。

本実施形態では、回転電機１０の極数を１６とする１６極モードと、極数を４とする４極モードと、極数を２とする２極モードとの切り替えを可能としている。

図２６〜図２８は、４８スロットの回転電機１０において各極数モードでの各相巻線の通電パターンを示す図である。図２６は１６極モードでの通電パターンを示し、図２７は４極モードでの通電パターンを示し、図２８は２極モードでの通電パターンを示す。なお、各相におけるアンダーバーの有無は通電方向の違いを示している。

本実施形態では、＃１〜＃４８の各スロットのうち＃１，＃９，＃１７，＃２５，＃３３，＃４１が単一スロットであり、それ以外が全て混合スロットである。この場合、第１組目〜第４組目の相巻線のうち第１組目の相巻線、及び第４組目の相巻線にてそれぞれ単一スロットが構成されている。混合スロットは、いずれも異なる組かつ同じ相の相巻線が収容されるスロットであるが、第１組目〜第４組目のいずれの相巻線が組み合わされるかはスロット毎に異なっている。つまり、混合スロットには、互いに異なる複数の組み合わせで各２組の相巻線が収容されるスロットが含まれている。更に言えば、混合スロットには、相ごとに第１組目〜第４組目の相巻線のうち２組ずつの各々異なる組み合わせである３種類（ｎ−１種類）の相巻線が収容されたスロットが含まれている。例えばＵ相について言えば、２組ずつの組み合わせは、Ｕ１−Ｕ２，Ｕ２−Ｕ３，Ｕ３−Ｕ４の３種類である。説明の便宜上、図２６では、単一スロットに該当するスロットに網掛けを付している。また、図２７，図２８では、単一スロットに加え、各混合スロットのうち２組の相巻線の通電方向が同じになる混合スロット（すなわち起磁力が生じるスロット）について網掛けを付している。

図２６に示す１６極モードでは、全ての混合スロットにおいて、２組の相巻線の通電方向がいずれも同じになっている。そのため、単一スロット及び混合スロットにおいてそれぞれ磁極が反転する。これにより、固定子２３の起磁力分布は全節巻の１６極となり、回転電機１０は１６極モードで動作する。

図２７に示す４極モードでは、全ての混合スロットのうち第２組及び第３組の相巻線が収容された＃５，＃１３，＃２１，＃２９，＃３７，＃４５のスロット（網掛けを付した混合スロット）において、２組の相巻線の通電方向が同じになっている。つまり、単一スロットと、上記の＃５，＃１３，＃２１，＃２９，＃３７，＃４５の混合スロットとにおいてそれぞれ磁極が反転する。これにより、固定子２３の起磁力分布は全節巻の４極となり、回転電機１０は４極モードで動作する。

図２８に示す２極モードでは、全ての混合スロットにおいて２組の相巻線の通電方向が異なっている。この場合、単一スロットのみにおいて磁極が反転する。これにより、固定子２３の起磁力分布は全節巻の２極となり、回転電機１０は２極モードで動作する。

制御部１５は、１６極モードで回転電機１０を作動させる場合に、次の数式５で表される電流を各相巻線に通電させる。
（数式５）
IU1＝A・sin（2ωt＋α21）
IV1＝A・sin（2ωt＋α21−2π／3）
IW1＝A・sin（2ωt＋α21＋2π／3）
IU2＝A・sin（2ωt＋α21）
IV2＝A・sin（2ωt＋α21−2π／3）
IW2＝A・sin（2ωt＋α21＋2π／3）
IU3＝A・sin（2ωt＋α21）
IV3＝A・sin（2ωt＋α21−2π／3）
IW3＝A・sin（2ωt＋α21＋2π／3）
IU4＝A・sin（2ωt＋α21）
IV4＝A・sin（2ωt＋α21−2π／3）
IW4＝A・sin（2ωt＋α21＋2π／3）
また、制御部１５は、４極モードで回転電機１０を作動させる場合に、次の数式６で表される電流を各相巻線に通電させる。
（数式６）
IU1＝A・sin（ωt／2＋α22）
IV1＝A・sin（ωt／2＋α22−2π／3）
IW1＝A・sin（ωt／2＋α22＋2π／3）
IU2＝−A・sin（ωt／2＋α22）
IV2＝−A・sin（ωt／2＋α22−2π／3）
IW2＝−A・sin（ωt／2＋α22＋2π／3）
IU3＝−A・sin（ωt／2＋α22）
IV3＝−A・sin（ωt／2＋α22−2π／3）
IW3＝−A・sin（ωt／2＋α22＋2π／3）
IU4＝A・sin（ωt／2＋α22）
IV4＝A・sin（ωt／2＋α22−2π／3）
IW4＝A・sin（ωt／2＋α22＋2π／3）
また、制御部１５は、２極モードで回転電機１０を作動させる場合に、次の数式７で表される電流を各相巻線に通電させる。
（数式７）
IU1＝A・sin（ωt／4＋α23）
IV1＝A・sin（ωt／4＋α23＋2π／3）
IW1＝A・sin（ωt／4＋α23−2π／3）
IU2＝−A・sin（ωt／4＋α23）
IV2＝−A・sin（ωt／4＋α23＋2π／3）
IW2＝−A・sin（ωt／4＋α23−2π／3）
IU3＝A・sin（ωt／4＋α23）
IV3＝A・sin（ωt／4＋α23＋2π／3）
IW3＝A・sin（ωt／4＋α23−2π／3）
IU4＝−A・sin（ωt／4＋α23）
IV4＝−A・sin（ωt／4＋α23＋2π／3）
IW4＝−A・sin（ωt／4＋α23−2π／3）
ここで、各極数モードでの通電制御について補足説明する。１６極モードでは、制御部１５は、上記の数式５から分かるように、各組各相の通電電流を全て同じ向きとする。これにより、図２６に示すように、単一スロットと全ての混合スロットとにおいて同一スロット内の２組の相巻線の通電方向が同じになり、回転電機１０の極数が最大値（１６極）となる。

また、４極モードでは、制御部１５は、上記の数式６から分かるように、各組各相の通電電流のうち、第２組及び第３組の通電電流（ＩＵ２，ＩＶ２，ＩＷ２，ＩＵ３，ＩＶ３，ＩＷ３）の向きを逆にする。この場合、例えばＵ相の混合スロットにおける相巻線の組み合わせである、Ｕ１−Ｕ２，Ｕ２−Ｕ３，Ｕ３−Ｕ４のうち、Ｕ２−Ｕ３の組み合わせでは通電方向が同じになり、Ｕ１−Ｕ２，Ｕ３−Ｕ４の組み合わせでは通電方向が互いに逆になる。これにより、図２７に示すように、単一スロットと、一部の混合スロット（第２及び第３組目の組み合わせである混合スロット）とにおいて同一スロット内の２組の相巻線の通電方向が同じになり、回転電機１０の極数が４極となる。

また、２極モードでは、制御部１５は、上記の数式７から分かるように、各組各相の通電電流のうち、第２組及び第４組の通電電流（ＩＵ２，ＩＶ２，ＩＷ２，ＩＵ４，ＩＶ４，ＩＷ４）の向きを逆にする。この場合、例えばＵ相の混合スロットにおける相巻線の組み合わせである、Ｕ１−Ｕ２，Ｕ２−Ｕ３，Ｕ３−Ｕ４の全てにおいて通電方向が互いに逆になる。これにより、図２８に示すように、単一スロットのみにおいて同一スロット内の２組の相巻線の通電方向が同じになり、回転電機１０の極数が２極となる。

要するに、制御部１５は、図２６〜図２８に示すように、各相巻線の通電に際し、全ての混合スロットのうち一部の混合スロットについて各相巻線の通電方向を異ならせる第１処理（図２７参照）と、全ての混合スロットについて各相巻線の通電方向を異ならせる第２処理（図２８参照）とを選択的に実施する。

本実施形態の上記構成によれば、各混合スロットに収容される２組ずつの相巻線の組み合わせが、相ごとに３種類に異なるものとなっている。この場合、相ごとに３種類の組み合わせを有する各混合スロットを用い、その混合スロットに対して適宜の通電を行うことにより、極数比を多段で実施する上で有利な構成を実現できる。

また、各相巻線の通電時において、全ての混合スロットのうち一部の混合スロットについて各相巻線の通電方向を異ならせる第１処理と、全ての混合スロットについて各相巻線の通電方向を異ならせる第２処理とを選択的に実施する構成にしたため、回転電機１０における極数を３段階以上で適正に切り替えることが可能となる。

４組の相巻線に、相巻線ごとにインバータ６１〜６４を設け、制御部１５が、各インバータ６１〜６４において電力変換を実施させて回転電機１０における各相巻線の通電を制御するようにした。この場合、各組の相巻線が各々個別のインバータ６１〜６４により並列駆動されるため、回転電機１０の駆動に際して冗長性を確保することができる。

（第６実施形態）
本実施形態では、回転電機１０において固定子コア３５に８組の固定子巻線（相巻線）が巻装されている。そして、図２９に示すように、８組の固定子巻線にそれぞれ対応させるようにして８つのインバータ７１〜７８が設けられている。各インバータ７１〜７８がそれぞれ「電力変換部」に相当する。本実施形態では、８組の固定子巻線について各々３相の相巻線の電流を制御し、その通電制御により極数を４段階で切り替える構成としている。２^（Ａ−１）組の相巻線を有し、極数をＡ段階で切り替えることを可能とするとした構成に対応させると、Ａ＝４である。

本実施形態では、回転電機１０の極数を１６とする１６極モードと、極数を８とする８極モードと、極数を４とする４極モードと、極数を２とする２極モードとの切り替えを可能としている。

図３０〜図３３は、４８スロットの回転電機１０において各極数モードでの各相巻線の通電パターンを示す図である。図３０は１６極モードでの通電パターンを示し、図３１は８極モードでの通電パターンを示し、図３２は４極モードでの通電パターンを示し、図３３は２極モードでの通電パターンを示す。なお、各相におけるアンダーバーの有無は通電方向の違いを示している。

本実施形態では、＃１〜＃４８の各スロットのうち＃１，＃９，＃１７，＃２５，＃３３，＃４１が単一スロットであり、それ以外が全て混合スロットである。この場合、第１組目〜第８組目の相巻線のうち第１組目の相巻線、及び第８組目の相巻線にてそれぞれ単一スロットが構成されている。混合スロットは、いずれも異なる組かつ同じ相の相巻線が収容されるスロットであるが、第１組目〜第８組目のいずれの相巻線が組み合わされるかはスロット毎に異なっている。混合スロットには、相ごとに第１組目〜第８組目の相巻線のうち２組ずつの各々異なる組み合わせである７種類（ｎ−１種類）の相巻線が収容されたスロットが含まれている。説明の便宜上、図３０では、単一スロットに該当するスロットに網掛けを付している。また、図３１〜図３３では、単一スロットに加え、各混合スロットのうち２組の相巻線の通電方向が同じになる混合スロット（すなわち起磁力が生じるスロット）について網掛けを付している。

図３０に示す１６極モードでは、全ての混合スロットにおいて、２組の相巻線の通電方向がいずれも同じになっている。そのため、単一スロット及び混合スロットにおいてそれぞれ磁極が反転する。これにより、固定子２３の起磁力分布は全節巻の１６極となり、回転電機１０は１６極モードで動作する。

図３１に示す８極モードでは、全ての混合スロットのうち、
・第２組及び第３組の相巻線が収容された＃７，＃１１，＃２３，＃２７，＃３９，＃４３のスロット、
・第４組及び第５組の相巻線が収容された＃５，＃１３，＃２１，＃２９，＃３７，＃４５のスロット、
・第６組及び第７組の相巻線が収容された＃３，＃１５，＃１９，＃３１，＃３５，＃４７のスロット（いずれも網掛けを付した混合スロット）において、２組の相巻線の通電方向が同じになっている。つまり、単一スロットと、上記の各混合スロットとにおいてそれぞれ磁極が反転する。これにより、固定子２３の起磁力分布は全節巻の８極となり、回転電機１０は８極モードで動作する。

図３２に示す４極モードでは、全ての混合スロットのうち第４組及び第５組の相巻線が収容された＃５，＃１３，＃２１，＃２９，＃３７，＃４５のスロット（網掛けを付した混合スロット）において、２組の相巻線の通電方向が同じになっている。つまり、単一スロットと、上記の各混合スロットとにおいてそれぞれ磁極が反転する。これにより、固定子２３の起磁力分布は全節巻の４極となり、回転電機１０は４極モードで動作する。

図３３に示す２極モードでは、全ての混合スロットにおいて２組の相巻線の通電方向が異なっている。この場合、単一スロットのみにおいて磁極が反転する。これにより、固定子２３の起磁力分布は全節巻の２極となり、回転電機１０は２極モードで動作する。

制御部１５は、１６極モードで回転電機１０を作動させる場合に、次の数式８で表される電流を各相巻線に通電させる。
（数式８）
IU1＝A・sin（2ωt＋α31）
IV1＝A・sin（2ωt＋α31−2π／3）
IW1＝A・sin（2ωt＋α31＋2π／3）
IU2＝A・sin（2ωt＋α31）
IV2＝A・sin（2ωt＋α31−2π／3）
IW2＝A・sin（2ωt＋α31＋2π／3）
IU3＝A・sin（2ωt＋α31）
IV3＝A・sin（2ωt＋α31−2π／3）
IW3＝A・sin（2ωt＋α31＋2π／3）
IU4＝A・sin（2ωt＋α31）
IV4＝A・sin（2ωt＋α31−2π／3）
IW4＝A・sin（2ωt＋α31＋2π／3）
IU5＝A・sin（2ωt＋α31）
IV5＝A・sin（2ωt＋α31−2π／3）
IW5＝A・sin（2ωt＋α31＋2π／3）
IU6＝A・sin（2ωt＋α31）
IV6＝A・sin（2ωt＋α31−2π／3）
IW6＝A・sin（2ωt＋α31＋2π／3）
IU7＝A・sin（2ωt＋α31）
IV7＝A・sin（2ωt＋α31−2π／3）
IW7＝A・sin（2ωt＋α31＋2π／3）
IU8＝A・sin（2ωt＋α31）
IV8＝A・sin（2ωt＋α31−2π／3）
IW8＝A・sin（2ωt＋α31＋2π／3）
また、制御部１５は、８極モードで回転電機１０を作動させる場合に、次の数式９で表される電流を各相巻線に通電させる。
（数式９）
IU1＝A・sin（ωt＋α32）
IV1＝A・sin（ωt＋α32＋2π／3）
IW1＝A・sin（ωt＋α32−2π／3）
IU2＝−A・sin（ωt＋α32）
IV2＝−A・sin（ωt＋α32＋2π／3）
IW2＝−A・sin（ωt＋α32−2π／3）
IU3＝−A・sin（ωt＋α32）
IV3＝−A・sin（ωt＋α32＋2π／3）
IW3＝−A・sin（ωt＋α32−2π／3）
IU4＝A・sin（ωt＋α32）
IV4＝A・sin（ωt＋α32＋2π／3）
IW4＝A・sin（ωt＋α32−2π／3）
IU5＝A・sin（ωt＋α32）
IV5＝A・sin（ωt＋α32＋2π／3）
IW5＝A・sin（ωt＋α32−2π／3）
IU6＝−A・sin（ωt＋α32）
IV6＝−A・sin（ωt＋α32＋2π／3）
IW6＝−A・sin（ωt＋α32−2π／3）
IU7＝−A・sin（ωt＋α32）
IV7＝−A・sin（ωt＋α32＋2π／3）
IW7＝−A・sin（ωt＋α32−2π／3）
IU8＝A・sin（ωt＋α32）
IV8＝A・sin（ωt＋α32＋2π／3）
IW8＝A・sin（ωt＋α32−2π／3）
また、制御部１５は、４極モードで回転電機１０を作動させる場合に、次の数式１０で表される電流を各相巻線に通電させる。
（数式１０）
IU1＝A・sin（ωt／2＋α33）
IV1＝A・sin（ωt／2＋α33−2π／3）
IW1＝A・sin（ωt／2＋α33＋2π／3）
IU2＝−A・sin（ωt／2＋α33）
IV2＝−A・sin（ωt／2＋α33−2π／3）
IW2＝−A・sin（ωt／2＋α33＋2π／3）
IU3＝A・sin（ωt／2＋α33）
IV3＝A・sin（ωt／2＋α33−2π／3）
IW3＝A・sin（ωt／2＋α33＋2π／3）
IU4＝−A・sin（ωt／2＋α33）
IV4＝−A・sin（ωt／2＋α33−2π／3）
IW4＝−A・sin（ωt／2＋α33＋2π／3）
IU5＝−A・sin（ωt／2＋α33）
IV5＝−A・sin（ωt／2＋α33−2π／3）
IW5＝−A・sin（ωt／2＋α33＋2π／3）
IU6＝A・sin（ωt／2＋α33）
IV6＝A・sin（ωt／2＋α33−2π／3）
IW6＝A・sin（ωt／2＋α33＋2π／3）
IU7＝−A・sin（ωt／2＋α33）
IV7＝−A・sin（ωt／2＋α33−2π／3）
IW7＝−A・sin（ωt／2＋α33＋2π／3）
IU8＝A・sin（ωt／2＋α33）
IV8＝A・sin（ωt／2＋α33−2π／3）
IW8＝A・sin（ωt／2＋α33＋2π／3）
また、制御部１５は、２極モードで回転電機１０を作動させる場合に、次の数式１１で表される電流を各相巻線に通電させる。
（数式１１）
IU1＝A・sin（ωt／4＋α34）
IV1＝A・sin（ωt／4＋α34＋2π／3）
IW1＝A・sin（ωt／4＋α34−2π／3）
IU2＝−A・sin（ωt／4＋α34）
IV2＝−A・sin（ωt／4＋α34＋2π／3）
IW2＝−A・sin（ωt／4＋α34−2π／3）
IU3＝A・sin（ωt／4＋α34）
IV3＝A・sin（ωt／4＋α34＋2π／3）
IW3＝A・sin（ωt／4＋α34−2π／3）
IU4＝−A・sin（ωt／4＋α34）
IV4＝−A・sin（ωt／4＋α34＋2π／3）
IW4＝−A・sin（ωt／4＋α34−2π／3）
IU5＝A・sin（ωt／4＋α34）
IV5＝A・sin（ωt／4＋α34＋2π／3）
IW5＝A・sin（ωt／4＋α34−2π／3）
IU6＝−A・sin（ωt／4＋α34）
IV6＝−A・sin（ωt／4＋α34＋2π／3）
IW6＝−A・sin（ωt／4＋α34−2π／3）
IU7＝A・sin（ωt／4＋α34）
IV7＝A・sin（ωt／4＋α34＋2π／3）
IW7＝A・sin（ωt／4＋α34−2π／3）
IU8＝−A・sin（ωt／4＋α34）
IV8＝−A・sin（ωt／4＋α34＋2π／3）
IW8＝−A・sin（ωt／4＋α34−2π／3）
ここで、各極数モードでの通電制御について補足説明する。１６極モードでは、制御部１５は、上記の数式８から分かるように、各組各相の通電電流を全て同じ向きとする。これにより、図３０に示すように、単一スロットと全ての混合スロットとにおいて同一スロット内の２組の相巻線の通電方向が同じになり、回転電機１０の極数が最大値（１６極）となる。

また、８極モードでは、制御部１５は、上記の数式９から分かるように、各組各相の通電電流のうち、第２組、第３組、第６組及び第７組の通電電流（ＩＵ２，ＩＶ２，ＩＷ２，ＩＵ３，ＩＶ３，ＩＷ３，ＩＵ６，ＩＶ６，ＩＷ６，ＩＵ７，ＩＶ７，ＩＷ７）の向きを逆にする。この場合、例えばＵ相の混合スロットにおける相巻線の組み合わせである、Ｕ１−Ｕ２，Ｕ２−Ｕ３，Ｕ３−Ｕ４，Ｕ４−Ｕ５，Ｕ５−Ｕ６，Ｕ６−Ｕ７，Ｕ７−Ｕ８のうち、Ｕ２−Ｕ３，Ｕ４−Ｕ５，Ｕ６−Ｕ７の組み合わせでは通電方向が同じになり、それ以外の組み合わせでは通電方向が互いに逆になる。これにより、図３１に示すように、単一スロットと、一部の混合スロット（第２及び第３組目、第４及び第５組目、第６及び第７組目の組み合わせである混合スロット）とにおいて同一スロット内の２組の相巻線の通電方向が同じになり、回転電機１０の極数が８極となる。

また、４極モードでは、制御部１５は、上記の数式１０から分かるように、各組各相の通電電流のうち、第２組、第４組、第５組及び第７組の通電電流（ＩＵ２，ＩＶ２，ＩＷ２，ＩＵ４，ＩＶ４，ＩＷ４，ＩＵ５，ＩＶ５，ＩＷ５，ＩＵ７，ＩＶ７，ＩＷ７）の向きを逆にする。この場合、例えばＵ相の混合スロットにおける相巻線の組み合わせである、Ｕ１−Ｕ２，Ｕ２−Ｕ３，Ｕ３−Ｕ４，Ｕ４−Ｕ５，Ｕ５−Ｕ６，Ｕ６−Ｕ７，Ｕ７−Ｕ８のうち、Ｕ４−Ｕ５の組み合わせでは通電方向が同じになり、それ以外の組み合わせでは通電方向が互いに逆になる。これにより、図３２に示すように、単一スロットと、一部の混合スロット（第４及び第５組目の組み合わせである混合スロット）とにおいて同一スロット内の２組の相巻線の通電方向が同じになり、回転電機１０の極数が４極となる。

また、２極モードでは、制御部１５は、上記の数式１１から分かるように、各組各相の通電電流のうち、第２組、第４組、第６組及び第８組の通電電流（ＩＵ２，ＩＶ２，ＩＷ２，ＩＵ４，ＩＶ４，ＩＷ４，ＩＵ６，ＩＶ６，ＩＷ６，ＩＵ８，ＩＶ８，ＩＷ８）の向きを逆にする。この場合、例えばＵ相の混合スロットにおける相巻線の組み合わせである、Ｕ１−Ｕ２，Ｕ２−Ｕ３，Ｕ３−Ｕ４，Ｕ４−Ｕ５，Ｕ５−Ｕ６，Ｕ６−Ｕ７，Ｕ７−Ｕ８の全てにおいて通電方向が互いに逆になる。これにより、図３３に示すように、単一スロットのみにおいて同一スロット内の２組の相巻線の通電方向が同じになり、回転電機１０の極数が２極となる。

要するに、制御部１５は、図３０〜図３３に示すように、各相巻線の通電に際し、全ての混合スロットのうち一部の混合スロットについて各相巻線の通電方向を異ならせる第１処理（図３１，図３２参照）と、全ての混合スロットについて各相巻線の通電方向を異ならせる第２処理（図３３参照）とを選択的に実施する。

本実施形態の上記構成によれば、各混合スロットに収容される２組ずつの相巻線の組み合わせが、相ごとに７種類に異なるものとなっている。この場合、相ごとに７種類の組み合わせを有する各混合スロットを用い、その混合スロットに対して適宜の通電を行うことにより、極数比を多段で実施する上で有利な構成を実現できる。

（他の実施形態）
上記実施形態を例えば次のように変更してもよい。

・例えば図１の構成では、各固定子巻線１１，１２（２組の相巻線）をそれぞれ３相インバータ１３，１４に接続する構成としたが、これを変更してもよい。例えば図３４に示すように、各固定子巻線１１，１２（２組の相巻線）を６相インバータ８１に接続する構成としてもよい。

・上記各実施形態では、スロット３４内において径方向内側及び径方向外側に各組の相巻線を並べて設けたが、これに限定されず、スロット３４内において周方向に各組の相巻線を並べて設ける構成であってもよい。

・回転電機１０において、回転子２２を、永久磁石を用いたロータとして構成してもよい。図３５には、図４の誘導型ロータを永久磁石型ロータに置き換えた事例を示す。この場合、回転子２２は、回転子コア９１と、回転子コア９１の外周部に設けられた永久磁石９２とにより構成されている。回転子２２では、永久磁石９２による固定磁極と回転子コア９１による磁極とが円周方向に並び、固定子起磁力に応じて回転子コア９１による磁極の極性が反転することで、回転子２２の極数が切り替わるようになっている。永久磁石９２を使用することで、二次導体による電磁石なしで回転子磁極を構成できるため、回転子２２を低損失化でき、回転電機１０を高効率化できる。また、冷却機能を簡素化でき、体格を小型化できる。

１０…回転電機、１１，１２…固定子巻線、２２…回転子、２３…固定子、３４…スロット、３４Ａ…単一スロット（第１スロット）、３４Ｂ…混合スロット（第２スロット）。

Claims (9)

1. 回転子（２２）と、
   周方向に設けられた複数のスロット（３４）に固定子巻線（１１，１２）が巻装されてなる固定子（２３）と、
   を備え、前記固定子巻線は、３相の相巻線を、２の累乗数であるｎ組有して構成されており、
   前記スロットは、同じ組かつ同じ相であって、通電の向きを同一とする前記相巻線が収容された第１スロット（３４Ａ）と、異なる組かつ同じ相の前記相巻線が収容された第２スロット（３４Ｂ）とを有し、
   前記固定子において周方向に所定間隔で前記第１スロット及び前記第２スロットがそれぞれ設けられており、
   前記３相の相巻線は、相ごとの巻線間隔をそれぞれ等しくして前記固定子に巻装されている回転電機（１０）。
2. 前記固定子の周方向において、異なる組の前記第１スロットがｍスロット間隔で設けられ、異なる組どうしの前記第１スロットの間にｍ−１個の前記第２スロットが設けられている請求項１に記載の回転電機。
3. 前記第２スロットには、異なる組の相巻線が各組同数で収容されている請求項１又は２に記載の回転電機。
4. 前記固定子巻線は、前記ｎ組の相巻線として、２^（Ａ−１）組の相巻線を有するものであり、
   前記第２スロットには、互いに異なる複数の組み合わせで各２組の相巻線が収容されるスロットが含まれており、極数をＡ段階で切り替えることが可能となっている請求項１乃至３のいずれか１項に記載の回転電機。
5. 前記ｎ組の相巻線は、第１組目〜第ｎ組目の相巻線よりなり、
   前記第２スロットには、相ごとに第１組目〜第ｎ組目の相巻線のうち２組ずつの各々異なる組み合わせであるｎ−１種類の相巻線が収容されたスロットが含まれている請求項１乃至４のいずれか１項に記載の回転電機。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の回転電機と、
   前記回転電機における前記各相巻線の通電を制御する制御部（１５）と、
   を備え、
   前記制御部は、
   前記第２スロットに収容された前記異なる組の相巻線について通電方向を全て同じにして、前記各相巻線の通電を実施する第１通電制御部と、
   前記第２スロットに収容された前記異なる組の相巻線について各相巻線の通電方向を異ならせて、前記各相巻線の通電を実施する第２通電制御部と、
   前記第１通電制御部による前記各相巻線の通電と、前記第２通電制御部による前記各相巻線の通電とを切り替える切替部と、
   を備える回転電機システム。
7. 前記回転電機において、前記第２スロットには、互いに異なる複数の組み合わせで各２組の相巻線が収容されるスロットが含まれており、
   前記第２通電制御部は、前記各相巻線の通電に際し、全ての前記第２スロットのうち一部の第２スロットについて各相巻線の通電方向を異ならせる第１処理と、全ての第２スロットについて各相巻線の通電方向を異ならせる第２処理とを選択的に実施する請求項６に記載の回転電機システム。
8. 前記第１通電制御部は、前記回転電機の極数をＸ１として通電制御を実施し、
   前記第２通電制御部は、前記回転電機の極数を、Ｘ１の１／ＢであるＸ２として通電制御を実施する場合に、前記各相巻線に対する通電周波数を１／Ｂとする請求項６又は７に記載の回転電機システム。
9. 前記ｎ組の相巻線には、相巻線ごとに電力変換部（６１〜６４，７１〜７８）が設けられており、
   前記制御部は、前記各電力変換部において電力変換を実施させることにより、前記回転電機における前記各相巻線の通電を制御する請求項６乃至８のいずれか１項に記載の回転電機システム。